6 200車位汽車運(yùn)輸船總組工藝優(yōu)化

許迎春，朱 健

（南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇南通 226000）

6 200車位汽車運(yùn)輸船總組工藝優(yōu)化

許迎春，朱 健

（南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇南通 226000）

隨著船舶運(yùn)營理念的更新和船舶工業(yè)生產(chǎn)能力的提升，船舶大型化已經(jīng)成為一種趨勢。船廠必須優(yōu)化原有的P.E搭載工藝，才有可能縮短造船周期，降低建造成本。文章通過對(duì)兩種汽車運(yùn)輸船總組搭載工藝的對(duì)比，分析方案優(yōu)化后對(duì)船塢搭載周期產(chǎn)生的影響。

汽車運(yùn)輸船；門型P.E；搭載周期

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國各主要造船廠的船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力均有了快速發(fā)展。如國內(nèi)某船廠建造的散貨船系列，載重噸位由47 000 t逐漸發(fā)展至209 000 t；集裝箱船系列，裝箱量從5 450標(biāo)箱逐步增加到20 000標(biāo)箱。隨著建造船舶的大型化，塢內(nèi)搭載單元的數(shù)量以及塢內(nèi)焊接作業(yè)量比例也在不斷增加，以上述船廠建造的5 000車位（5 000-car type motor pure car carrier，以下簡稱5 000PCC）、6 200車位（6 200PCC）兩種型號(hào)的汽車運(yùn)輸船[1]為例，后者搭載單元數(shù)量增加了35.2%；塢內(nèi)焊接作業(yè)量增加了24.2%。隨著塢內(nèi)作業(yè)量比例的提高，將造成船塢使用周期延長、生產(chǎn)效率下降，最終影響企業(yè)的效益[2]，甚至可能產(chǎn)生超過交船期限的違約風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的情況下，通過對(duì)6 200PCC的總組搭載工藝優(yōu)化的研究[3]，以期縮短船塢周期。

1 5000PCC和6200PCC相關(guān)制造信息

圖1為某船廠5 000PCC和6 200PCC典型截面圖。兩種船型的船體信息對(duì)比見表1。

2 5000PCC搭載工藝

5000PCC搭載流程節(jié)點(diǎn)示意圖如圖2所示，主要分為艉部構(gòu)造、機(jī)艙構(gòu)造、雙層底構(gòu)造、艏部構(gòu)造、舷側(cè)外板分段[4]（以下簡稱H分段）、各層汽車甲板（以下簡稱K甲板）以及上層構(gòu)造等部分。汽車運(yùn)輸船與其他船型搭載作業(yè)最大的區(qū)別在于H分段搭載后各層K甲板的搭載[5]。K甲板搭載流程如圖3所示。

圖1 某船廠5 000PCC、6 200PCC典型截面圖

表1 兩種船型的船體信息對(duì)比

圖2 5 000PCC搭載流程節(jié)點(diǎn)示意圖

3 6 200PCC P.E搭載工藝優(yōu)化研究

3.1 5 000PCC、6 200PCC搭載物量對(duì)比

兩種汽車運(yùn)輸船的具體物量信息見表2。

表2中，在各項(xiàng)物量指標(biāo)都大幅增加的前提下計(jì)劃塢內(nèi)搭載周期反而縮短了4天，必須預(yù)先研討制定有效的應(yīng)對(duì)措施。

表2 兩種船型的搭載物量對(duì)比

3.2 6 200PCC P.E搭載單元擴(kuò)大化

3.2.1 增加配員的設(shè)想

一般，在工作量大于日均生產(chǎn)能力的情況下可以通過增加配員和安排適當(dāng)?shù)募影鄟硗瓿勺鳂I(yè)。通過增加外場300 t龍門吊司機(jī)和指揮的配員，實(shí)行兩班制，可以在規(guī)定塢期內(nèi)增加吊運(yùn)次數(shù)，解決搭載單元及搭載噸位增加的問題。同樣，通過增加塢內(nèi)焊工人數(shù)，可以解決塢內(nèi)焊接作業(yè)量提高的問題。經(jīng)過分析，這樣簡單粗狂的管理應(yīng)對(duì)有3點(diǎn)弊端。

1）安全性相關(guān)。夜間作業(yè)可視性較差，吊機(jī)作業(yè)危險(xiǎn)性增加；人員夜間作業(yè)易疲憊，安全風(fēng)險(xiǎn)提高；夜間管理密度相對(duì)松散，不利于現(xiàn)場監(jiān)督管理。

2）作業(yè)環(huán)境相關(guān)。船舶建造時(shí)間段正值盛夏，塢內(nèi)K甲板搭載后形成悶艙，通風(fēng)、照明不良，作業(yè)環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3）經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)。一方面，增加配員和安排加班直接增加了建造成本；另一方面，簡單增加配員并未改變作業(yè)量從定盤向塢內(nèi)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)狀，由于塢內(nèi)作業(yè)ST高于定盤，本質(zhì)上勞動(dòng)效率下降的情況沒有改善。6 200PCC定盤、塢內(nèi)焊接量對(duì)比見圖4，塢內(nèi)焊接長30 961 m，占總焊接長的55.82%。

圖3 K甲板搭載流程

圖4 6 200PCC定盤、塢內(nèi)焊接長及比例

經(jīng)過以上分析可見，簡單的增加配員并不是有效的解決方案。

3.2.2 P.E單元擴(kuò)大化方案的提出[6]

通過研究，需要解決的根本問題是作業(yè)量由定盤向塢內(nèi)的移動(dòng)。因此新的研究方案希望通過 P.E單元的擴(kuò)大化，將塢內(nèi)增加的作業(yè)量再轉(zhuǎn)移至定盤，從根本上解決上述問題。

3.2.3 目標(biāo)單元的確立

P.E單元擴(kuò)大化首先要選擇目標(biāo)單元，從各區(qū)劃搭載分段數(shù)量和塢內(nèi)焊接長方面考慮，6 200PCC各區(qū)劃塢內(nèi)搭載分段數(shù)量和塢內(nèi)焊接長統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分別如表3和表4所示。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可見，6 200PCC的K甲板分段從數(shù)量和焊接長兩方面都占據(jù)較大的比例，分別達(dá)到45.3%、45.4%。因此從規(guī)模上來看，選擇通過擴(kuò)大K甲板P.E單元可以顯著降低塢內(nèi)作業(yè)量。

表3 6 200PCC各區(qū)劃搭載分段數(shù)量

表4 6 200PCC各區(qū)劃塢內(nèi)焊接長

3.2.4 門型P.E方式的確立

擴(kuò)大K甲板P.E單元有兩種方向，一是將K甲板P.E單元平面化擴(kuò)大，即將同一層的多個(gè)K甲板分段P.E一體后進(jìn)行搭載[5]，其形式如圖5所示。

圖5 K甲板P.E單元平面化擴(kuò)大

由于K甲板大量使用6 mm薄板，平面化擴(kuò)大后整體吊運(yùn)困難；且同一層多個(gè)K甲板P.E一體后占用定盤面積較大，影響現(xiàn)場分段的布置和周轉(zhuǎn)，從以上兩方面原因分析該方案不具可行性。

另一種方案是將K甲板P.E單元立體化擴(kuò)大，即將上下多層的K甲板分段與舷側(cè)外板H分段P.E一體后進(jìn)行搭載。結(jié)合外場龍門吊機(jī)的起重能力和P.E定盤的場地因素，確立了各門型P.E單元的范圍。各門型P.E單元的基本信息如表5所示，優(yōu)化前后P.E搭載單元的變化情況如表6所示。

P.E搭載方案優(yōu)化后共減少：

11+12+12+13-4=44個(gè)搭載單元。

3.2.5 門型P.E工藝

門型搭載單元的P.E順序：10K甲板正規(guī)狀態(tài)PE，H分段以外板BASE先行P.E后翻身豎起與10K甲板PE（H板下口用H鋼制作水平胎架），然后11、12、13K甲板及RAMPWAY依次P.E。門型P.E要領(lǐng)如圖6所示，現(xiàn)場作業(yè)流程如圖7所示。

表5 各門型P.E單元的基本信息

表6 優(yōu)化前后P.E搭載單元的變化

圖6 門型P.E要領(lǐng)

圖7 門型P.E現(xiàn)場作業(yè)流程

3.2.6 門型P.E用胎架的確立

由于6 200PCC外板基本都是單殼結(jié)構(gòu)，僅在部分區(qū)域設(shè)有風(fēng)道（VENT TRUNK），在門型P.E時(shí)需要制作專門的胎架進(jìn)行防傾倒。設(shè)計(jì)了形式如圖8的門型P.E用胎架，胎架主體使用300H鋼制作，300H鋼之間采用焊接形式連接，胎架與地基之間采用植筋的方式連接，胎架與船體H分段之間采用連接板焊接形式進(jìn)行連接。

圖8 門型P.E用胎架示意圖

對(duì)胎架在使用工況下進(jìn)行有限元計(jì)算，結(jié)果如下：

1）胎架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求；

2）300H鋼連接處滿焊施工，焊腳10 mm；

3）為實(shí)現(xiàn)分段防傾倒，植筋需要能夠承受的拉力為116 kN；

4）胎架與船體外板分段連接板的尺寸：200 mm×12 mm，焊腳7 mm；

5）根據(jù)植筋需要滿足的拉力，確認(rèn)植筋施工要點(diǎn)如表7所示。按照設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了門型P.E用胎架的制作和定位，現(xiàn)場照片如圖9所示。

表7 植筋施工要點(diǎn)

圖9 門型P.E用胎架的現(xiàn)場照片

3.2.7 門型P.E精度控制要求

門型P.E搭載工藝在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)對(duì)精度控制也提出了更加嚴(yán)格的要求，通過對(duì)生產(chǎn)全過程的跟蹤控制，從K甲板制作到H分段制作再到先行P.E最終到門型P.E，各階段均給出精度控制的目標(biāo)，從而確保最終的精度。具體要求如下：

1）對(duì)于各層K甲板水平及瘦馬的控制[4]，組立每個(gè)分段都翻身進(jìn)行校正并進(jìn)行計(jì)測，計(jì)測表如圖10所示。

圖10 6 200PCC的K甲板翻身校正水平及瘦馬計(jì)測表

2）對(duì)于平直H分段甲板袖板垂直性的控制[7]，要求從袖板最頂端掛錘確認(rèn)垂直性并進(jìn)行計(jì)測；對(duì)于有彎曲線型的H分段，由于在管治具上制作，不便掛錘，提供了三角形數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)測確認(rèn)。計(jì)測示意圖及計(jì)測表分別見圖11和圖12。

圖11 H分段甲板袖板垂直性計(jì)測示意圖

圖12 H分段甲板袖板垂直性計(jì)測表

3）對(duì)H分段先行P.E精度的控制，要求確保分段水平、FR間距和外板上SEAM直線性[8]，計(jì)測表見圖13。

圖13 H分段先行P.E精度計(jì)測表

4）最終門型P.E時(shí)，要求分段水平在±3 mm之內(nèi)，F(xiàn)R&BL間距在+4±1 mm之內(nèi)，F(xiàn)R&BL直線性在±2 mm之內(nèi)，F(xiàn)R&BL對(duì)合要求在±1 mm之內(nèi)，計(jì)測表見圖14。

4 6 200PCC P.E搭載工藝優(yōu)化效果

4.1 物量的轉(zhuǎn)移

采用門型P.E搭載工藝后，6 200PCC塢內(nèi)焊接長從30 961 m下降至25 562 m，占比從55.82%下降至46.09%，數(shù)據(jù)如圖15所示。

4.2 塢內(nèi)搭載周期的確保

各門型的P.E周期見表8。

最終塢內(nèi)搭載周期53 d，按計(jì)劃如期下水。

4.3 直接經(jīng)濟(jì)效果計(jì)算

采用門型P.E搭載工藝后，搭載單元數(shù)量減少44個(gè)，節(jié)約吊機(jī)時(shí)間44×2=88 h；塢內(nèi)5 399 m物量轉(zhuǎn)移至定盤，由于定盤裝配、焊接、涂裝的ST均低于塢內(nèi)，節(jié)約工時(shí)4 826 h；P.E胎架制作安裝消耗的人工、材料成本共計(jì)20萬元；綜合計(jì)算單船節(jié)約約80萬元人民幣。

圖14 門型P.E精度計(jì)測表

圖15 采用門型P.E搭載工藝后的焊接長和物量比例

表8 各門型施工周期

4.4 無形效果

通過擴(kuò)大P.E單元來縮短建造周期[9]，在帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，無形效果也非常顯著。

1）合理地調(diào)整了定盤和塢內(nèi)物量的比例，使現(xiàn)場設(shè)備、人力資源得到更加合理的配置，同時(shí)降低了定盤的周轉(zhuǎn)壓力；

2）避免了外板分段吊定位的搭載方式，提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性，降低了現(xiàn)場施工難度；

3）門型分段前后通透，自然通風(fēng)效果良好，員工作業(yè)環(huán)境得到改善；

4）為以后PCC的建造積累了經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)論

6 200PCC總組工藝優(yōu)化后縮短了塢期，確保了船舶的工程節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也提高了建造效率，節(jié)約了建造工時(shí)，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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Optimization of P.E Technology of 6 200-Car Type Motor Pure Car Carrier

XU Yingchun,ZHU Jian
(Nantong COSCO KHI Ship Engineering Co.,Ltd.,Jiangsu Nantong 226000,China)

With the development of management idea and the increasing in productive capacity,ships’growing larger has been a trend.In order to shorten shipbuilding cycle and reduce the shipbuilding costs,shipyards have to upgrade their P.E and erection technology.Comparing with the P.E and erection technology between two models of pure car carrier,the paper analyzes the effects of the dock cycle when the P.E units have been bigger.

car carrier; gate-type P.E; erection period

U671.4

A

10.14141/j.31-1981.2017.05.006

許迎春（1975—），男，工程師，研究方向：船舶與海洋工程。